(57)【要約】【課題】加泥材により加圧していない場合でも掘削土砂の進入を防止でき、また、長期間使用することのできるシールド掘進機における加泥材噴出装置を提供する。【解決手段】シールド掘進機のカッターフェース７に設けられ、切羽に加泥材６を噴出させる加泥材噴出装置１は、カッターフェース７の内部に設けられて先端面２aが開口したケース部２と、このケース部２の内部において、付勢力に抗してケース部２の先端面２aから突出可能に設けられた駆動軸３とを備えている。そして、駆動軸３の内部に加泥材６が充填されており、駆動軸３の先端外周面には、加泥材６の加圧力によって駆動軸３が付勢力に抗してケース部２の先端面から突出した際に加泥材６が切羽へと噴出可能な加泥材噴出口３３が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機のカッターフェースに設けられ、切羽に加泥材を噴出させる加泥材噴出装置であって、
前記カッターフェースの内部に設けられて先端面が開口したケース部と、
このケース部の内部において、付勢力に抗して前記ケース部の先端面から突出可能に設けられた駆動軸とを備え、
前記駆動軸の内部に加泥材が充填されており、前記駆動軸の先端外周面には、前記加泥材の加圧力によって前記駆動軸が付勢力に抗して前記ケース部の先端面から突出した際に前記加泥材が切羽へと噴出可能な加泥材噴出口が形成されていることを特徴とする加泥材噴出装置。
【請求項２】
前記駆動軸の先端部には、切羽を掘削し、かつ、前記駆動軸の突出動作に伴って前記ケース部の先端面を開閉する掘削部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の加泥材噴出装置。
【請求項３】
前記掘削部と前記ケース部の先端面との間の当接面には、パッキン材が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の加泥材噴出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘進機のカッターフェースに設けられ、切羽に加泥材を噴出させる加泥材噴出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、シールドトンネルを施工する泥土圧式シールド工法は、切羽保持のための加泥材を、注入管を介してシールド掘進機のチャンバ側に注入し、カッタービットが設けられたカッターフェースの前面に形成された注入口を介して切羽に加泥材を注入している。これによって、カッタービットによって掘削された掘削土砂と加泥材とをカッタービットによって攪拌することにより塑性流動性に優れた掘削土砂を形成することができる。また、このようにして掘削された土砂は、カッターフェースに形成された土砂取込口から後方のチャンバ内に取り込んで、チャンバ内に掘削土砂を充満させて切羽の土圧や水圧とバランスさせている。そして、チャンバ内に充満された掘削土砂は、切羽土圧や水圧とバランスさせながら下方に設けられたスクリューコンベア等の排泥装置を介して圧送ポンプやズリロトにより坑外へ搬出している（例えば、特許文献１参照）。
また、このようなシールド掘進機において、カッターフェース１００に形成されて加泥材１０１を切羽に注入する注入口１０２としては、例えば図４に示すように、ゴムパッキン１０３を使用しており、パッキン１０３が背面の加泥材１０１の圧力によって押されて開き噴出する機構となっている。
【特許文献１】特開２００３−３７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記図４に示す従来の注入口１０２において、パッキン１０３は、通常その弾力によって閉じた状態とされているが、長期間使用しているとその弾力性が低下して少し開いた状態となる。そのため、加泥材１０１により加圧していない場合でも掘削した土砂１０４が進入してパッキン１０３の内側に設けられた注入管１０５等を塞いでしまうという問題があった。また、このように掘削土砂１０４によって注入管１０５等が塞がれてしまうと高圧水で洗浄しても解消することができない場合もあり、施工面で不具合が生じていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、加泥材により加圧していない場合でも掘削土砂の進入を防止でき、また、長期間使用することのできるシールド掘進機における加泥材噴出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、例えば図１〜図３に示すように、シールド掘進機のカッターフェース７に設けられ、切羽に加泥材６を噴出させる加泥材噴出装置１であって、
前記カッターフェースの内部に設けられて先端面２aが開口したケース部２と、
このケース部の内部において、付勢力に抗して前記ケース部の先端面から突出可能に設けられた駆動軸３とを備え、
前記駆動軸の内部に加泥材が充填されており、前記駆動軸の先端外周面には、前記加泥材の加圧力によって前記駆動軸が付勢力に抗して前記ケース部の先端面から突出した際に前記加泥材が切羽へと噴出可能な加泥材噴出口３３が形成されていることを特徴とする。
【０００５】
請求項１の発明によれば、加泥材が充填された駆動軸は、その先端外周面に加泥材噴出口が形成されているので、加泥材の加圧力によって駆動軸が付勢力に抗してケース部の先端面から突出すると、加泥材噴出口もケース部から露出し、加泥材噴出口を介して加泥材が切羽へと噴出される。一方、加泥材の加圧力が低下した場合、駆動軸が付勢力によってケース部内に収納され、これと同時に加泥材噴出口もケース部内に収納される。したがって、従来のように加泥材の加圧力によってゴムパッキンを押圧して加泥材を噴出させる機構の場合に比して、長期間使用してもゴムパッキンの弾性力が低下することで掘削土砂が内部に進入するといった問題が生じることもなく、加泥材を噴出させない場合には加泥材噴出口が外面に露出されないため、掘削土砂が内部に進入することを確実に防止することができ、長期間の使用が可能となる。
また、駆動軸を付勢力に抗してケース部の先端面から突出可能となるように構成しているので、その構成も単純で製造面及びコスト面でも優れる。
【０００６】
請求項２の発明は、例えば図１〜図３に示すように、請求項１に記載の加泥材噴出装置において、前記駆動軸の先端部には、切羽を掘削し、かつ、前記駆動軸の突出動作に伴って前記ケース部の先端面を開閉する掘削部４が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明によれば、駆動軸の先端部には切羽を掘削し、かつ、駆動軸の突出動作に伴ってケース部の先端面を開閉する掘削部が設けられているので、加泥材の加圧力によって駆動軸がケース部の先端面から突出すると、掘削部も切羽側に移動してケース部の先端面を開放する。一方、加泥材の加圧力が低下した場合、駆動軸がケース部の先端面から後退してケース部内に収納され、これと同時に掘削部も後退してケース部の先端面を閉鎖する。したがって、加泥材を噴出させない場合には、ケース部の先端面が掘削部によって閉鎖されるので、掘削土砂が内部に進入することを確実に防止することができる。
【０００８】
請求項３の発明は、例えば図１〜図３に示すように、請求項２に記載の加泥材噴出装置において、前記掘削部と前記ケース部の先端面との間の当接面には、パッキン材２５が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明によれば、掘削部とケース部の先端面との間の当接面には、パッキン材が設けられているので、掘削部によってケース部の先端面が閉鎖された場合に、パッキン材によって掘削部とケース部の先端面との間が密着された状態となり、掘削土砂の進入をより一層確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る加泥材噴出装置によれば、加泥材の加圧力によって駆動軸が付勢力に抗してケース部の先端面から突出すると、加泥材噴出口もケース部から露出し加泥材が切羽へと噴出される。一方、加泥材の加圧力が低下した場合、駆動軸が付勢力によってケース部内に収納され、これと同時に加泥材噴出口もケース部内に収納される。したがって、加泥材を噴出させない場合には加泥材噴出口が外面に露出されないため、掘削土砂が内部に進入することを確実に防止することができ、また、長期間の使用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態の加泥材噴出装置の側断面図であり、(a)は、加泥材による加圧力が低下し、加泥材噴出口がケース部内に収納された状態、(b)は、加泥材による加圧力によって加泥材噴出口がケース部の先端面から露出した状態である。図２は、図１における矢印Ａ方向から示した図、図３は、図１におけるＢ−Ｂ断面図である。
図１〜図３に示すように、本発明に係る加泥材噴出装置１は、シールド掘進機のカッターフェース７に多数設けられ、切羽に加泥材６を噴出させる装置である。
シールド掘進機は、周知のように切羽に当接するカッターフェース７を回転駆動して切羽を掘削し、シールドジャッキの反力を覆工済みのセグメントから取ってシールドジャッキの推進力で掘進していく装置である。シールド掘削機は、切羽に当接する略円板状のカッターフェース７と、カッターフェース７の切羽側と反対側の面に接続され掘削された土砂が取り込まれるチャンバやシールドジャッキ等を有した胴体（図示しない）とを備えている。
【００１２】
カッターフェース７は、合金からなり板状をなしており、先端面が略面一となっている。そして、図示しない回転軸によってカッターフェース７が回転し、その結果、掘削部４により切羽が掘削されるようになっている。また、カッターフェース７の複数箇所に取付穴７aが形成されており、これら取付穴７aに本発明の加泥材噴出装置１が複数取り付けられている。
【００１３】
加泥材噴出装置１は、カッターフェース７の内部に設けられて、先端面２aが開口したケース部２と、このケース部２の内部において、付勢力に抗してケース部２の先端面２aから突出可能に設けられた駆動軸３とを備えている。
【００１４】
ケース部２は、前後に二分割されており、前分割部２１と後分割部２２とが互いに係合された状態で所定間隔に８つボルト２３により締結されて構成されている。このように構成されたケース部２は、その内部に駆動軸３が挿通される挿通穴２４が形成され、先端面２aが開口している。この先端面２aの開口を形成する内周面には、内側に向けて傾斜するテーパー部２bが形成されている。すなわち、テーパー部２bと駆動軸３の外周面とによって空間が設けられている。
また、ケース部２の内周面の前後にそれぞれ凹部２cが形成され、これら凹部２c内に弾性部材２dが嵌め込まれ、各弾性部材２dは駆動軸３の外周面に当接されている。これによってケース部２の内周面と駆動軸３の外周面との間の密着性を高めている。
【００１５】
駆動軸３は、ケース部２の軸方向に沿って延在し挿通穴２４内に挿通されて、ケース部２の先端面２a開口から前方に突出可能とされている。具体的には、駆動軸３の外周面に外方に突出するように凸部３１が形成され、また、駆動軸３の外周面にコイルバネ５が挿通されるとともに、その凸部３１にコイルバネ５の後端部が固定され、コイルバネ５の前端部はケース部２の内周面に固定されている。
また、駆動軸３の先端部には、ケース部２の先端面２a開口よりも径の大きな掘削部４が取り付けられている。すなわち、駆動軸３の先端部に形成された凸部３２が、掘削部４の背面に形成された凹部４１内に嵌合することによって取り付けられている。掘削部４は、先端部が尖った側断面視三角形状をなしており、その背面がケース部２の先端面２aと略平坦な面とされている。また、ケース部２の先端面２aのうち掘削部４の背面との当接面には、ゴムパッキン２５が埋設されている。これによってケース部２の先端面２a開口を掘削部４によって閉鎖した際に、ケース部２の先端面２aと掘削部４の背面とが密着されて、駆動軸３内への掘削土砂の進入をより確実に防止している。
【００１６】
また、駆動軸３は、内部に加泥材６が充填可能となるように円筒状に形成されたものであり、駆動軸３の後端部は加泥材６が供給される送泥管（図示しない）に接続されている。
加泥材６は、表面活性剤を含むもので、掘削土の流動化を促進し、カッターフェース７と掘削土間の摩擦を小さくするものである。加泥材６が噴出されることによって、掘削土は加泥材６と混合して流動性に富んだ土質に改良される。よって、シールド掘進機内に掘削土が取り込まれた際に、排土装置（図示しない）によって掘削土の搬出が円滑に行われる。
さらに、駆動軸３の先端部外周面、詳細には駆動軸３の外周面のうち掘削部４の背面近傍には、駆動軸３内に連通し、駆動軸３内の加泥材６が噴出可能な加泥材噴出口３３が、所定間隔に４つ形成されている（図３参照）。加泥材噴出口３３は、駆動軸３がケース部２内に収納された状態ではケース部２の外面に露出されることがなく、ケース部２の先端面２aに形成されたテーパー部２bに対向する位置に配置される（図１(a)参照）。一方、駆動軸３がケース部２の先端面２a開口から突出した状態ではケース部２の外面に露出されるようになっている（図１(b)参照）。
【００１７】
このように構成されたカッターフェース７の切羽側と反対側の後端部には、掘削した土砂が取り込まれるチャンバを有する胴体が設けられている。チャンバは、胴体内に設けられた隔壁によって構成されており、チャンバ内には掘削した土砂を排出するスクリューコンベア等の排泥管が隔壁を貫通して設けられている。また、上述の送泥管も隔壁を貫通して駆動軸に接続されている。また、シールド掘進機は、セグメントをリング状に組み立てるエレクタや、履工されたセグメントから反力をとりシールド掘進機を前進させるシールドジャッキ等を備えており、その他の構成は周知のシールド掘削機と同様の構成であるため、その説明を省略する。
【００１８】
次に、上述の構成からなる加泥材噴出装置１を備えたシールド掘削機を用いて切羽を掘削する方法について説明する。
シールド掘進機の回転軸に連結された回転モータが駆動することによって、回転軸が回転し、その回転に伴ってカッターフェース７、加泥材噴出装置１のケース部２及び掘削部４が回転する。これによって切羽が掘削されていく。この際に、送泥管から加泥材６が駆動軸３内に充填されていき、所定の圧力に達すると加泥材６の加圧力によって、駆動軸３がコイルバネ５の付勢力に抗してケース部２に対して前方に移動し、ケース部２の先端面２a開口から駆動軸３が突出する。そして、駆動軸３に形成された加泥材噴出口３３がケース部２から露出して、加泥材噴出口３３を介して加泥材６が噴出される。
このようにして加泥材６が切羽に向けて噴出されると、加泥材６と掘削された掘削土砂とが掘削部４及びカッターフェース２によって攪拌混合されて、塑性流動性に優れた掘削土砂としてチャンバ内に貯留されていく。チャンバ内に充満された掘削土砂は排泥管を介して坑外へと搬送される。
【００１９】
また、シールド掘進機の後方では、前方の掘削部４及びカッターフェース２により掘削された坑内壁にエレクタによって複数のセグメントを環状に組み立てて、土圧に耐えるための一次覆工を施すとともに、既設されたセグメントの前端にシールドジャッキを当てて押圧することによって、その反力でシールド掘進機を掘進させる。
【００２０】
以上、本発明の実施の形態の加泥材噴出装置１によれば、加泥材６の加圧力によって駆動軸３がコイルバネ５の付勢力に抗してケース部２の先端面２aから突出すると、加泥材噴出口３３もケース部２から露出し、加泥材噴出口３３を介して加泥材６が切羽へと噴出される。一方、加泥材６の加圧力が低下した場合、駆動軸３がコイルバネ５の付勢力によってケース部２内に収納され、これと同時に加泥材噴出口３３もケース部２内に収納される。したがって、加泥材６を噴出させない場合には掘削土砂が内部に進入することがなく、また、従来と異なり長期間の使用が可能となる。さらに、構成も単純で製造面及びコスト面でも優れる。
駆動軸３の先端部には切羽を掘削し、かつ、駆動軸３の突出動作に伴ってケース部２の先端面２aを開閉する掘削部４が設けられているので、加泥材６の加圧力によって駆動軸３がケース部２の先端面２aから突出すると、掘削部４も切羽側に移動してケース部２の先端面２aを開放する。一方、加泥材６の加圧力が低下した場合、駆動軸３がケース部２の先端面２aから後退してケース部２内に収納され、これと同時に掘削部４も後退してケース部２の先端面２aを閉鎖する。したがって、加泥材６を噴出させない場合にはケース部２の先端面２aが掘削部４によって閉鎖されるので、掘削土砂が内部に進入することを確実に防止することができる。
掘削部４とケース部２の先端面２aとの間の当接面には、ゴムパッキン２５が設けられているので、掘削部４によってケース部２の先端面２aが閉鎖された場合に、ゴムパッキン２５により掘削土砂の進入を確実に防止することができる。
【００２１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、駆動軸３に付勢力を与える手段として、上記実施の形態では駆動軸３の外周面にコイルバネ５を挿通させるとしたが、駆動軸３の外周面に所定箇所に複数のバネを取り付けても良い。すなわち、駆動軸３の外周面に形成された凸部３１にバネの後端部が固定され、バネの前端部がケース部２の内周面に固定されるように構成する。
その他、駆動軸３に付勢力を与える手段として、バネ以外にも弾性力を有するものであれば良く、例えばゴム状のものであっても構わない。
さらに、加泥材噴出口３３は、駆動軸３の先端外周面に所定間隔に４つ形成されるとしたが、その個数は適宜変更しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態を示すためのもので、加泥材噴出装置の側断面図であり、(a)は、加泥材による加圧力が低下し、加泥材噴出口がケース部内に収納された状態、(b)は、加泥材による加圧力によって加泥材噴出口がケース部の先端面から露出した状態である。
【図２】同、図１における矢印Ａ方向から示した図である。
【図３】同、図１におけるＢ−Ｂ面で切断して矢印方向から示した図である。
【図４】従来例を示すためのもので、シールド掘進機のカッターフェース及び加泥材噴出口を示した側断面図であり、(a)は、ゴムパッキンが弾力によって閉鎖された状態、(b)は、加泥材による加圧力によってゴムパッキンが開放された状態、(c)は、ゴムパッキンの弾力が低下して掘削土砂が進入した状態である。
【符号の説明】
【００２３】
１  加泥材噴出装置
２  ケース部
２a  先端面
３  駆動軸
４  掘削部
６  加泥材
７  カッターフェース
２５  パッキン材
３３  加泥材噴出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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